تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

بررسی استفاده از کامپوزیت زیستی مغناطیسی بر پایه کربوکسی متیل سلولز در پوشش دهی کاغذ

نوع مقاله : خمیر کاغذ و کاغذ

نویسندگان

1 دکتری صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

2 دانشیار، گروه صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

3 استاد گروه صنایع خمیروکاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. دانشکده مهندسی چوب و کاغذ- گروه صنایع خمیروکاغذ، گرگان، ایران

4 دانشیار گروه صنایع چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

10.22092/ijwpr.2025.367727.1787

چکیده

سابقه و هدف: کربوکسی متیل سلولز جزو مشتقات اتری سلولز محسوب می­شود و به­طور گسترده­ای در صنایع مختلف به کار می­رود. این ماده یکی از مهم­ترین و پرکاربردترین مشتقات سلولزی است که به دلیل دارا بودن گروه­های کربوکسی متیل و هیدروکسیل به‌عنوان بستر تولید مواد مرکب در پژوهش­های زیادی مورد توجه قرار گرفته است. می­توان از کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان بستر جهت تولید ترکیبات مغناطیسی سلولز نیز بهره برد. مواد مغناطیسی مانند اکسید آهن قادر به تشکیل پیوندهای مؤثری با گروه­های هیدروکسیل موجود در کربوکسی متیل سلولز و تولید کامپوزیت مغناطیسی با ویژگی زیست تخریب­پذیری هستند. هدف از این پژوهش، ساخت و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوشش­دهی آن روی سطح کاغذ است.
مواد و روش­ها: در این پژوهش جهت تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی از کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان بستر استفاده شد. از فرآیند سنتز درجا، جهت تولید کامپوزیت زیستی استفاده شد. در این فرآیند نمک­های آهن (4 و 6 آبه) و کربوکسی متیل سلولز در محیط آبی و در محیط نیتروژن باهم مخلوط شدند، سپس با افزودن هیدروکسید آمونیوم تا pH 11، ذرات اکسید آهن (مگنتیت) روی کربوکسی متیل سلولز تشکیل شد. جهت تکمیل واکنش­ها و بازدهی تولید بیشتر ذرات مغناطیسی، مواد به مدت 1 ساعت در دمای 40 درجه سانتی­گراد در حمام آب گرم همزده شد. با استفاده از الیاف کرافت تجاری کاغذ دست­ساز 5 ± 120 گرمی تهیه گردید و سپس با کامپوزیت زیستی مغناطیسی پوشش داده شد. مواد مغناطیسی سنتز شده و کاغذ پوشش داده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی با پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه ذرات مغناطیسی اکسید آهن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ریخت­شناسی و ویژگی­های سطحی ذرات مغناطیسی، کامپوزیت زیستی مغناطیسی، الیاف و کاغذ پوشش داده شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. ویژگی مغناطیسی نمونه­ها با دستگاه مغناطیس­سنج ارتعاشی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین ویژگی­های مقاومتی کاغذ پوشش داده شده، با آزمون­های مقاومت کششی، مقاومت به پاره شدن، جذب آب و مقاومت به عبور هوا بررسی شد.
نتایج: نتایج آزمون مغناطیسی نشان داد که در فاز اول، کامپوزیت زیستی­ مغناطیسی با موفقیت آماده­سازی شد و نمونه­­ خاصیت فرا پارا مغناطیس از خود نشان داد. بالاترین مقدار اشباع مغناطیسی در نمونه اکسید آهن حدود emu/g 25 بود. همچنین کامپوزیت زیستی­ مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز، اشباع مغناطیسی حدود emu/g 4 داشت. نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپی اکسید آهن، شکل ظاهری آنرا به‌صورت ساختار مکعبی شکل یکنواخت نشان داد. شکل­گیری این ساختار به دلیل تجمع ذرات با یکدیگر است. بعلاوه درگیری مکانیکی و اتصال کامپوزیت زیستی مغناطیسی با کاغذ مشاهده گردید. همچنین بررسی میکروسکوپی اندازه ذرات نشان داد که بیشترین فراوانی اندازه ذرات، 45 نانومتر است. نتایج بررسی ویژگی­های مقاومتی کاغذ نشان داد که پوشش­دهی با ماده مغناطیسی سبب کاهش شاخص مقاومت به پارگی و کشش شد. مقاومت به عبور هوا در نمونه­های کاغذهای پوشش داده شده در مقایسه با نمونه شاهد افزایش نشان داد. بر اساس نتایج مربوط به آزمون کاب (جذب آب)، کمترین میزان جذب آب مربوط به نمونه کاغذ پوشیده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز است. در الگوی پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه اکسید آهن، پنج پیک مهم در زوایای 2 تتای 35، 41، 50، 67 و 74 درجه ظاهر شد که مربوط به ماده اکسید آهن می­باشند.
نتیجه‌گیری: هدف از این تحقیق، ایجاد و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوشش­دهی آن روی سطح کاغذ است. لذا آزمایش‌ها در 2 مرحله انجام شد. در مرحله اول کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز با فرآیند سنتز درجا با نمک­های آهن تولید شد. در فاز دوم با استفاده از الیاف تجاری کرافت، کاغذ دست­ساز تهیه و پوشش­دهی شد. نتایج حاصل از آزمون نمونه­های تهیه شده نشان داد که تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی با موفقیت انجام شد. همچنین کاغذ پوشش داده شده با این ماده دارای خاصیت مغناطیسی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع
-Abe, T. O., Lajide, L., Owolabi, B. J., Adebayo, A. O., Ogunjobi, J. K. and Oluwasina, O. O., 2018. Synthesis and application of carboxy methyl cellulose from Gliricidia sepium and Cola gigantea. Bioresources, 13(3): 6077-6097.
-Aguilera, G., Berry, C. C., West, R. M., Gonzalez-Monterrubio, E., Angulo-Molina, A., Arias-Carrion, A. and Mendez-Rojas, M. A., 2019. Carboxy methyl cellulose coated magnetic nanoparticles transport across a human lung microvascular endothelial cell model of the blood–brain barrier. Nanoscale Advances, 1: 671-685.
-Attarad, A., Zafar, H., Zia, M., Ul Haq, I., Phull, A. R., Sarfraz Ali, J. and Altaf, H., 2016. Synthesis, characterization, applications, and challenges of iron oxide nanoparticles. Nanotechnology, Science and Applications, 9: 49–67.
-Biliuta, G. and Coseri, S., 2016. Magnetic cellulosic materials based on TEMPO- oxidized viscose fibers. Cellulose, 23(6): 3407-3415.
-Cao, Sh. L., Xu, H., Li, X., Lou, W. Y. and Zong, M., 2015. Novel Papain - magnetic nano crystalline cellulose nano – biocatalyst: a highly efficient biocatalyst for dipeptide biosynthesis in deep eutectic solvents. Aspect Sustainable Chemistry Engineering, 3(7): 1589–1599.
-Charani, P. R., Dehghani, M., Afra, E., Blademo, A., Naderi, A. and Lindostrom, T., 2013. Production of microfibrillated cellulose from unbleached kraft pulp of kenaf and Scotch pine and its effect on the properties of hardwood kraft: microfibrillated cellulose paper. Cellulose, 20(5): 2559-2567.
-Faraji, M. and Fadavi, GH., 2013. Applications of magnetic nanoparticles in food science and technology. Iranian Journal of Nutrition Sciences and Food Technology, 8(2): 239-252. (In Persian).
-Gällstedt, M., Brottman, A. and Hedenqvist, M. S., 2005. Packaging-related properties of protein- and chitosan-coated paper. Packaging Technology and Science, 18(4): 161-170.
-Hivechi, A., Bahrami, S. H., Arami, M. and Karimi, A., 2015. Production of Alpha-cellulose and carboxy methyl cellulose from cellulose waste. The 1st national conference on wood and lignocellulosic products, Gonbad Kavous, 10 p.
-Hubbe, M., Ferre, A., Tyagi, P., Yin, Y., Salas, C., Pal, L. and Rojas, O., 2017. Nanocellulose in thin films, coatings, and plies for packaging applications: A review. Bioresources, 12(1): 2143-2233.
-Kaco, H., Waznah, Kh., Jaafar, N. and Gan, Y. S., 2017. Preparation and characterization of Fe3O4 / Regenerated cellulose membrane. Sains Malaysiana, 46(4): 623-628.
-Mahdieh, A., Mahdavian, A., Farhadnezhad, H. and Salehi, H., 2015. Introduction to magnetic nanoparticles, their synthesis methods and their application. Nanoscience, 41: 25-35.
-Marvizadeh, M. M., Oladzadabbasabadi, N., Mohammadi Nafchi, A. and Jokar, M., 2017. Preparation and characterization of bionanocomposite film based on tapioca starch/bovine gelatin/nano rod zinc oxide. International Journal of Biological Macromolecules, 99: 1-7.
-Mashkour, M., Tajvidi, M., Kimura, T., Kimura, F. and Ebrahmi, Gh., 2011. Fabricating unidirectional magnetic papers using permanent magnets to align magnetic nanoparticles covered natural cellulose fibers. Bioresources, 6(4): 4731-4738.
-Mehdikhani, H., Jalali, H., Djafari, R. and Mirshokraee, A., 2017. Production of carboxy methyl cellulose (CMC) from bagasse bleached and deinked of waste paper: Identification and comparison of characteristics. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(3): 311-321. (In Persian).
-Mo, Z., Gou, H. and Wang, Y., 2017. Surface modification of graphene oxide sheets on magnetic particles for magnetic paper. Journal of Alloy and Compounds, 695: 2525-2531.
-Nevell, T. P. and Zeronian, S. H., 1987. Cellulose chemistry and its applications: Ellis Horwood Ltd., Chichester, England, 552 p.
-Pineres, O. H., Salcedo, E. C., Herrera, A. P., Sanchez, J. H. and Quintana, C. G., 2020. Magnetic paper from sugarcane bagasse fibers modified with cobalt ferrite nanoparticles. Cellulose, 27: 3903-3918.
-Pinto, E., Aggrey, W. N., Boakye, P., Amenuvor, G., Sokama-Neuyam, Y. A., Fokuo, M. K., Karimaie, H., Sarkodie, K., Adenutsi, C. D., Erzuah, S. and Rockson, M. A. D., 2022. Cellulose processing from biomass and its derivatization into carboxy methyl cellulose: A review. Scientific African, 15: e01078.
-Raghuvanshi, S., Khan, H., Saroha, V., Sharma, H., Gupta, H. S., Kadam, A. and Dutt, D., 2023. Recent advances in biomacromolecule-based nanocomposite films for intelligent food packaging- a review. International Journal of Biological Macromolecules, 253 (7): 127420.
-Rashid, M., Abdul Ghafur, M., Sharafat, K. M., Minami, H., Miah, M. J. and Ahmad, H., 2017. Biocompatible microcrystalline cellulose particles from cotton wool and magnetization via a simple in situ co-precipitation method. Carbohydrate Polymers, 170: 72-79.
-Ren, S., Zhang, X., Dang, L., Lei, T., Teng, Zh., Song, K., Sun, X. and Wu, Q., 2017. Cellulose nanocrystal supported superparamagnetic nano rods with laminated silica shell: synthesis and properties. Journal of Materials Science, 52: 6432–6441.
-Small, A.C. and Johnston, J. H. 2009. Novel hybrid materials of magnetic nanoparticles and cellulose fibers. Journal of Colloid and Interface Science, 331: 122-126.
-Spaldin, N. A., 2010. Magnetic materials, fundamentals and applications. Cambridge University Press, New York, 291 p.
تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران
دوره 40، شماره 1 - شماره پیاپی 90
فروردین 1404
صفحه 54-66
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 27 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری: 26 دی 1403
  • تاریخ پذیرش: 13 بهمن 1403
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار